Отклонение электромагнитных волн под действием псевдогравитации в искаженных фотонных кристаллах
Совместная группа исследователей манипулировала поведением света так, как если бы он находился под действием гравитации. Результаты, опубликованные в журнале Physical Review A 28 сентября 2023 года, имеют далеко идущие последствия для мира оптики и материаловедения, а также имеют значение для развития связи 6G. Ученые недавно теоретически предсказали, что воспроизведение эффектов псевдогравитации, возможно путем деформации кристаллов в области более низкой нормированной энергии (или частоты). Был использован кремниевый искаженный фотонный кристалл с первичной постоянной решетки 200 микрометров и терагерцовые волны. Эксперименты успешно продемонстрировали отклонение этих волн.
Концептуальное изображение искаженного фотонного кристалла и фотонного кристалла.
Фото: К. Китамура и др.
Теория относительности Альберта Эйнштейна уже давно установила, что траектория электромагнитных волн, включая световые и терагерцовые электромагнитные волны, может отклоняться гравитационными полями.
Ученые недавно теоретически предсказали, что воспроизведение эффектов гравитации, то есть псевдогравитации, возможно путем деформации кристаллов в области более низкой нормированной энергии (или частоты).
«Мы намеревались выяснить, может ли искажение решетки в фотонных кристаллах вызывать эффекты псевдогравитации», — сказал профессор Кёко Китамура из Высшей инженерной школы Университета Тохоку.
Фотонные кристаллы обладают уникальными свойствами, которые позволяют ученым манипулировать и контролировать поведение света, выступая в качестве «контролеров движения» света внутри кристаллов. Они создаются путем периодического расположения двух или более различных материалов с различными способностями взаимодействовать со светом и замедлять его по регулярному повторяющемуся шаблону. Кроме того, в фотонных кристаллах наблюдались эффекты псевдогравитации, обусловленные адиабатическими изменениями.
Экспериментальная установка и результаты моделирования траектории луча в ЦОД.
Фото: К. Китамура и др.
Китамура и ее коллеги модифицировали фотонные кристаллы, введя искажение решетки; постепенная деформация регулярного расположения элементов, нарушившая сеточную структуру протонных кристаллов. Это манипулировало структурой фотонных зон кристаллов, в результате чего траектория луча в среде искривлялась — точно так же, как луч света проходит мимо массивного небесного тела, такого как черная дыра.
В частности, они использовали кремниевый искаженный фотонный кристалл с первичной постоянной решетки 200 микрометров и терагерцовые волны. Эксперименты успешно продемонстрировали отклонение этих волн.
Результаты эксперимента: разница в передаче между портами B и C ясно показывает изгиб луча в ЦОД.
Фото: К. Китамура и др.
«Подобно тому, как гравитация изменяет траекторию объектов, мы придумали способ преломлять свет внутри определенных материалов», — добавляет Китамура.
«Такое управление лучом в плоскости терагерцового диапазона можно использовать в связи 6G. С академической точки зрения результаты показывают, что фотонные кристаллы могут использовать гравитационные эффекты, открывая новые пути в области физики гравитона», — сказал доцент Масаюки Фудзита из Университета Осаки.
